新工科背景下“智能網聯汽車技術”課程建設與探索＊

李 涵，李素華，曾凡琮

（江漢大學智能制造學院，湖北 武漢430056）

席卷全球的以互聯網為核心的新一輪科技革命與產業變革快速推進，孕育出以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟，面對愈加激烈的綜合國際競爭，中國緊抓發展契機，通過實施“中國制造2025”“互聯網+”等重大國家發展戰略及“一帶一路”倡議，“新工科建設”應運而生。2017-02-18，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，中心議題就是“新工科”，探討了新工科的內涵特征、新工科建設與發展的路徑選擇，并達成了10個共識。地方高校要對區域經濟發展和產業轉型升級發揮支撐作用，主動對接地方經濟社會發展需要和企業技術創新要求，把握行業人才需求方向，充分利用地方資源，發揮自身優勢，凝練辦學特色，深化產教融合、校企合作、協同育人，增強學生的就業創業能力，培養大批具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任行業發展需求的應用型和技術技能型人才。新工科建設的核心為以工程教育新理念、新模式、新內容、新質量、新方法等作為新工科建設和教育改革的基本內容，構建新工科專業或改造現有專業，培養新經濟和滿足學校服務產業所需要的新型工程技術人才。“新工科”的提出，是中國參與國際工程教育改革貢獻出的具有中國特色的本土回應，豐富了中國工程教育理論和實踐的新內涵。

2020-02，由發展改革委、科技部、工信部等11部委聯合發布的《智能汽車創新發展戰略》指出，發展智能汽車不僅有利于加速汽車產業轉型升級，更有利于加快建設制造強國、科技強國、智慧社會，增強國家綜合實力。智能汽車集中運用了汽車工程、人工智能、計算機、微電子、自動控制、通信與平臺等技術，是一個集環境感知、規劃決策、控制執行、信息交互等于一體的高新技術綜合體。當前，新一輪科技革命和產業變革蓬勃興起，智能汽車已成為汽車產業發展的戰略方向。發展智能汽車不僅是解決汽車社會面臨的交通安全、道路擁堵、能源消耗、環境污染等問題的重要手段，更是深化供給側結構性改革、實施創新驅動發展戰略、建成現代化強國的重要支撐。

智能汽車技術相關課程是智能汽車領域人才培養的核心課程之一，是傳統車輛專業升級改造中的一門重要課程。國內外高校一般在研究生階段才引入智能汽車技術相關的課程以及研究方向，近幾年，國內部分應用型高校開始在本科階段開設類似專業課程，如江蘇大學開設的“智能汽車”課程[1]，山東科技大學開設的“智能網聯汽車技術”課程[2]。目前，國內高校本科階段的智能汽車技術相關課程還在探索與開發階段，課程教學主要是理論教學，而實踐教學環節相對薄弱，即使理論聯系實際，也往往停留在舉例介紹的層面上。江蘇大學李祎承等[3]針對智能網聯汽車課程存在的知識點覆蓋面廣、學習任務重、可參照教材少以及教師備課難、學生理解難等問題，通過對該課程授課形式進行改革，打破以教材為主的傳統授課方式，將當代教育理念與教學模式融會貫通，引入智能駕駛實車實驗并結合前沿科技論文，提升課堂授課質量和學生對未知事物的探索能力，培養了學生的科學思維方式，其課程教學改革取得了良好的效果。南京工程學院開展了基于工程化項目教學的智能網聯汽車應用型人才培養模式的探索與實踐，依托地方產業集群與行業需求，通過創新的校企合作與產學研一體化的工程化教學改革與探索，提高了學生的實踐應用能力和創新能力，取得了一定的效果，它突破了傳統工程教育專業的限制，是未來多學科交叉融合的智能網聯汽車應用型人才培養方向[4]。

“智能網聯汽車技術”是面向新能源汽車專業創新課程體系中的一門重要課程，主要研究計算機、現代傳感、信息融合、無線通訊、人工智能及自動控制等技術在汽車上應用的工程技術科學，培養學生進行智能網聯汽車相關技術開發、研究、設計與應用等方面的能力，以適應未來汽車發展的必然趨勢。

1 課程教學中存在的難題

“智能網聯汽車技術”共32個學時，是學校新增設的專業選修課程，相較于新能源汽車工程專業其他課程，本門課存在以下難題。

新能源汽車工程隸屬于機械工程下的二級學科，是2019年新增普通高等學校本科專業，因此多數課程以機械工程學科為基礎，而智能網聯汽車涵蓋了包括計算機、自動化、信息、機械等多個學科，所涉知識點廣泛，相較于其他必修課，本課程知識點多且復雜，理論學習枯燥且難以理解，容易導致學生出現能力鴻溝和聽課倦怠的問題，如何在教學過程中提高學生學習的主觀能動性，使學生在有限的時間內獲取關于智能網聯汽車最實用的知識和實踐經驗，提供給學生以后繼續研究智能網聯汽車技術以及從事智能網聯汽車行業工作的基本知識，是本課程建設過程中需要解決的難題。

與傳統汽車相比，智能網聯汽車尚未應用在人們生活中，學生對智能網聯汽車缺乏基本認識，增加了學生對課程中關鍵問題理解難度，甚至影響了部分學生的學習積極性。如何避免課程教學偏重理論教學，合理地增加實踐教學環節內容，避免理論聯系實際僅停留在舉例介紹的層面上，是本門課程建設中需要解決的另一難題。

2 課程建設與探索

2.1 采用線上線下混合式教學形式

采用線上線下混合式教學形式，提高課堂教學的有效性。本課程著眼于汽車行業未來的發展方向，很多知識都在不斷完善和更新，課程內容要能夠涵蓋課程相關領域的基本知識、綜合應用以及熱點與前沿等核心內容。將本領域最新的發展、最新的科研成果（尚未寫入教科書）及時介紹給學生，如特斯拉、Google、百度阿波羅等行業領先者的自動駕駛技術方案，使他們學到的知識是當時最先進的。針對該課程知識面寬、難度大、理論強、實踐難的特點，將課程的主要內容，以采用線上線下混合式教學形式，在教學中引入非正式學習、教師“去中心化”以及學生想象力學習，對工程教育新方式進行探索和嘗試，以學生為中心，引導學習從被動接收轉為主動學習、思考，提高學生的主觀能動性，將理論和實踐相結合，將知識傳授、能力培養、素質教育于一體。

根據在線課程要求，線上教學視頻要短而精，每個知識點講述時間控制在8～10 min，內容設計合理，涵蓋相關知識點的重難點和熱點；內容結構設計邏輯清晰，精煉緊湊。通過將課程內容打碎重組，實現知識點微型化、模塊化，來構建在線課程。本課程線上教學從以下9個模塊進行理論講述[5]。

第一部分：智能網聯汽車綜述。主要介紹智能網聯汽車定義及內涵、技術分級和技術架構、智能網聯汽車行業背景以及國內外智能網聯汽車的發展現狀和智能網聯行業的發展潛力，引導學生對智能網聯汽車進行總體上的把握。

第二部分：視覺傳感器在智能網聯汽車中的應用。主要介紹智能汽車環境感知技術中視覺傳感器的種類和原理，包括單目視覺傳感器的原理和特點、雙目視覺傳感器的原理和特點、紅外夜視視覺傳感器的原理和特點以及多個視覺傳感器的組合應用；智能網聯汽車領域圖像處理方法；視覺傳感器在智能網聯汽車中的實踐應用。

第三部分：雷達在智能網聯汽車中的應用。主要介紹智能汽車環境感知技術中雷達傳感器的原理和應用，包括超聲波雷達的結構和原理，超聲波雷達在智能網聯汽車中的應用；毫米波雷達的結構和原理，毫米波雷達在智能網聯汽車中的應用；激光雷達的結構和原理，激光雷達在智能網聯汽車中的應用。

第四部分：高精定位與導航系統。主要介紹高精度地圖的基本概念，高精度地圖采集與生產，其他形式的高精度地圖；全球導航衛星系統，GPS和北斗衛星定位系統的組成，全球導航衛星系統的定位原理；慣性導航系統，慣性導航系統測量的原理；全球導航衛星系統和慣性導航系統的優缺點及其組合應用；高精度定位實現方式的總結，智能網聯汽車中高精度定位的實現方式；智能網聯汽車的導航系統，智能網聯汽車中導航定位系統的集成應用。

第五部分：智能網聯汽車路徑規劃與決策控制。主要介紹汽車自動駕駛環境感知，汽車智能駕駛全局路徑規劃和局部路徑規劃，汽車自動駕駛路徑規劃；汽車自動駕駛行為決策，汽車自動駕駛的執行控制，包括汽車智能駕駛轉向、驅動和制動系統中的線控策略以及汽車智能駕駛車輛縱向控制和側向控制的策略。

第六部分：汽車總線及車載網絡技術。主要介紹汽車總線，包括汽車總線技術的產生與分類，CAN總線的原理及其在汽車中的應用、LIN總線的原理及其在汽車中的應用、MOST總線的原理及其在汽車中的應用、FlexRay總線的原理及其在汽車中的應用；車載以太網的相關技術，車載以太網技術的應用。

第七部分：智能網聯汽車通信技術。主要介紹V2X以及移動網絡通信技術的發展，5G網絡的關鍵技術及在V2X中的應用；物聯網無線通信技術，包括短距離無線通訊技術，低功耗廣域網通信技術，物聯網無線通訊技術在智能網聯汽車中的應用。

第八部分：ADAS與智能網聯汽車的應用。主要介紹高級駕駛輔助系統及應用、智能網聯汽車的應用、ADAS預警類輔助駕駛系統的組成和主要功能、ADAS控制類輔助駕駛系統的組成和主要功能、當前ADAS在汽車中的應用車型及自動駕駛功能、當前智能網聯汽車的應用車型及自動駕駛功能。

第九部分：智能網聯汽車的操作系統與開發平臺簡介。主要介紹智能網聯汽車的操作系統——Linux，了解Linux操作系統的特點及其在智能網聯汽車中的應用；介紹智能網聯汽車的開發平臺——ROS，了解ROS的特性及其在智能網聯汽車中的應用；介紹智能網聯汽車的學習平臺——Gazebo，了解Gazebo的特點及其在智能網聯汽車中的應用。

2.2 搭建智能網聯汽車實踐平臺

搭建智能網聯汽車實踐平臺，加強課程實踐教育環節。針對“智能網聯汽車技術”課程實踐教學環節相對薄弱，即使理論聯系實際，也往往停留在舉例介紹的層面上等問題，教師在課程設計時搭建了新能源智能網聯汽車實驗平臺，該平臺由線控底盤、16線激光雷達、毫米波雷達、雙目攝像頭、天線、車載組合導航和高性能工控機等組成，基本涵蓋了自動駕駛汽車的基本模塊，其中線控底盤集成的鋰動力電池、電池管理系統、單電機后橋驅動系統、伺服電機前橋轉向系統、底盤控制器、電氣系統及CAN網絡通訊系統等均已達到車規級；激光雷達、攝像頭用于環境感知，起到駕駛員眼睛的功能，組合慣導用于制圖與定位，車內還配備有工控機用于決策規劃與控制。該平臺支持的智能駕駛功能包括路徑規劃、路徑跟蹤、汽車/行人/物體檢測、交通信號檢測、加速/制動/轉向控制、3D點云地圖、交通燈識別、車道檢測、對象跟蹤、傳感器校準、傳感器融合、軟件仿真等功能。

在授課過程中加入實車體驗環節，通過在實踐環節中構建室內地圖，控制小車在室內自主導航與避障，幫助學生理解室內基于激光點云的自動駕駛關鍵技術；通過構建室外高進度地圖，控制小車在室外自主導航與避障，幫助學生理解多傳感器融合的室外自動駕駛關鍵技術；通過一系列的實踐環節使學生加深對智能網聯汽車的理解；搭建新能源汽車自動駕駛傳感器套件實踐模塊，通過對各類傳感器數據包括攝像頭數據、三維激光點云數據、毫米波雷達數據、組合慣導數據等的采集及處理，加深學生對智能汽車環境感知模塊的理解。

2.3 融合大學生科研訓練項目

融合大學生科研訓練項目，開展實踐能力、應用能力和專業素養的培養。本課程將課堂教學和課外學習作為人才培養生態環境互為補充的兩個部分，一方面通過線上學習和課下學習提高課堂教學的有效性，另一方面要鼓勵并創造條件引導學生利用社團活動、科技競賽、創新創業實踐、專業社會實踐等多種方式進行理論聯系實際，開展實踐能力、應用能力和專業素養的培養。將大學生科研訓練項目引入本課程，鼓勵學生團隊合作，將本課程所學內容以及關于智能汽車的想法轉化為可實現的方案，積極申報智能汽車技術相關的大學生科研訓練項目，通過大學生科研訓練項目的申報和實施，進一步培養學生的創新實踐能力。

3 小結

本文針對“智能網聯汽車技術”課程的特點以及課程教學中的難題進行剖析，探索了“智能網聯汽車技術”課程的建設方法，采用線上與線下混合式教學、搭建智能網聯汽車實踐平臺、融合大學生科研訓練項目等方式提高教學效果，提高學生學習的主觀能動性，使學生在有限的時間內獲取關于智能汽車最實用的知識和實踐經驗。通過本文的研究，可為新工科背景下的應用型本科高校相關課程建設提供有益的探索，為相關新工科專業的開設提供一定的參考價值。

〔編輯：丁琳〕

革的探索與實踐［J］.科教文匯（上旬刊），2017（5）：48-50.

［2］李學慧，李玉善.《智能網聯汽車技術》在線課程建設探索與實踐［J］.教育現代化，2019，6（44）：105-107.

［3］李祎承，蔡英鳳，王海.車輛工程專業智能網聯汽車課程改革研究［J］.教育教學論壇，2020（51）：165-167.

［4］臧利國，文少波，孫海燕，等.基于工程化項目教學的智能網聯汽車應用型人才培養模式探索與實踐［J］.大學教育，2020（2）：158-160.

［5］李妙然，鄒德偉.智能網聯汽車技術概論［M］.北京：機械工業出版社，2019.